【正文】 第十四章 高 層 建 筑 我國在 《 高規(guī) 》 中規(guī)定： ≥10層或房屋高度超過 28米的建筑物稱為高層建筑 。并按結(jié)構(gòu)型式和高度不同分為 A級和 B級。見表 14表 142。 高層建筑高度 一般是指從室外地面至主要屋面的距離，不包括突出屋面的水箱、電梯間、樓梯間、構(gòu)架等高度以及地下室的埋置深度。 高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點與多層建筑結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別 : 水平力（風(fēng)或水平地震作用）成為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形及建筑土建造價的主要因數(shù) 。 如圖 141（ a），在高層建筑結(jié)構(gòu)中，豎向荷載的作用與多層建筑相似，柱內(nèi)軸力隨著層數(shù)的增加而增大，而 水平向作用 的風(fēng)荷載或地震作用可近似地認(rèn)為呈倒三角形，如圖141（ b）所示該力 在結(jié)構(gòu)底部所產(chǎn)生的彎矩與結(jié)構(gòu)高度的三次方成正比 ，如圖 141（ c）所示水平力作用下 結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)向位移與高度的四次方成正比 。上述彎矩和側(cè)向位移常常成為決定結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件截面尺寸的控制因數(shù)。 高層建筑水平位移和加速度的限制 層間彈性水平位移的限值 高層建筑應(yīng)有足夠的側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，以達(dá)到抗震設(shè)防目的。所謂剛度，是指單位變形（包括位移、轉(zhuǎn)角等）所需的力。 因此 ,《 高規(guī) 》 規(guī)定，當(dāng)按彈性理論分析時，其樓層層間最大位移與層高之比不宜大于以下限值： （ 1）高度不大于 150米的高層建筑，此限值不宜大于表 143的限值；（ 2）高度 ≥250m的高層建筑，樓層層間最大位移與層高之比的限值為 1/500。 （ 3）高度為 150m至 250m之間的高層建筑，樓層層間最大位移與層高之比的限值按上述限值線性插入取用。 樓層層間最大位移與層高之比的限值 表 143 結(jié)構(gòu)類型 結(jié)構(gòu)類型 框架 1/550 筒中筒 1/1000 框架 剪力墻 框架核心筒 板柱 剪力墻 1/800 框支層 1/1000 ? ?hu /? ? ?hu /?罕遇水平地震作用下薄弱層（部位）的抗震變形驗算 “大震不倒” 抗震設(shè)計原則：“大震不倒、中震可修、小震不壞”； 設(shè)計方法：二階段設(shè)計法 結(jié)構(gòu)風(fēng)振加速度的限制 高層建筑物在風(fēng)荷載作用下將產(chǎn)生水平振動。 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 規(guī)定的 10年一遇的風(fēng)荷載取值計算或?qū)ｉT風(fēng)洞試驗確定的結(jié)構(gòu)頂點最大加速度，對住宅、公寓不應(yīng)大于 ,對辦公樓、旅館不應(yīng)大于 。 高層建筑風(fēng)振反應(yīng)水平加速度包括順風(fēng)向最大加速度、橫風(fēng)向最大加速度和扭轉(zhuǎn)角加速度。 高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置原則 結(jié)構(gòu)體系： 豎向結(jié)構(gòu)體系和水平結(jié)構(gòu)體系。 豎向承重結(jié)構(gòu)體系： 不但要承受與傳遞豎向荷載、還要抵抗側(cè)向力的作用，故豎向結(jié)構(gòu) 也稱為抗側(cè)力結(jié)構(gòu) 。 水平結(jié)構(gòu)即樓蓋和屋蓋結(jié)構(gòu) 。 在高層建筑中，樓屋蓋結(jié)構(gòu)除了承受和傳遞樓屋面豎向荷載以外，還要協(xié)調(diào)各榀抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的變形與位移，對結(jié)構(gòu)的空間整體剛度和抗震性能有直接的影響。 高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)體系 常用的鋼筋混凝土高層建筑豎向結(jié)構(gòu)體系 有： 框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系和巨型框架結(jié)構(gòu)體系等。 框架結(jié)構(gòu)體系 1).概念 由梁和柱為主要承重構(gòu)件組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)稱為框架結(jié)構(gòu)（圖 1 ）。 高層建筑采用框架結(jié)構(gòu)體系時， 框架梁應(yīng)縱橫向布置，形成雙向抗側(cè)力構(gòu)件 ，使之具有較強的空間整體性，以承受任意方向的側(cè)向力。 ①將承重結(jié)構(gòu)和圍護、分隔構(gòu)件完全分開，墻只起圍護、分隔作用。 框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，空間劃分方便，易于滿足生產(chǎn)工藝和使用要求，構(gòu)件便于標(biāo)準(zhǔn)化，具有較高的承載力和較好的整體性； ②框架結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，自振周期長，地震反應(yīng)較小，經(jīng)過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以具有較好的延性性能。 其缺點是 結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小 ，在地震作用下水平位移較大，容易使填充墻產(chǎn)生裂縫，并引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞。地震作用下的大變形還將在框架柱內(nèi)引起 PΔ效應(yīng) ，嚴(yán)重時會引起 整個結(jié)構(gòu)的倒塌。 同時隨著房屋層數(shù)的增加，水平荷載逐漸增大，就將因側(cè)移過大而不能滿足要求；或形成肥 梁胖柱而不經(jīng)濟。 隨著層數(shù)的增加和高度的提高，水平力對結(jié)構(gòu)受力和變形的影響加大，結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)特別注意增強結(jié)構(gòu)在各個方向的側(cè)向剛度，以保證結(jié)構(gòu)的整體性和空間工作性能。 廣泛應(yīng)用于多層工業(yè)廠房及多高層辦公樓、醫(yī)院、旅館、教學(xué)樓、住宅等。 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 剪力墻結(jié)構(gòu)體系是由剪力墻承受豎向荷載和側(cè)向力的結(jié)構(gòu) 。 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，抗側(cè)剛度大，承載力大，在水平力作用下側(cè)移小，經(jīng)過合理設(shè)計，能設(shè)計成抗震性能好的鋼筋混凝土延性剪力墻。但僅就延性而言，剪力墻不如框架，另外剪力墻自重大，剛度大，基本周期短、地震慣性力較大。 剪力墻是利用建筑外墻和內(nèi)隔墻位置布置的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻，屬于下端固定在基礎(chǔ)頂面上的豎向懸臂板。 豎向荷載在墻體內(nèi)主要產(chǎn)生向下的壓力，側(cè)向力在墻體內(nèi)產(chǎn)生水平剪力和彎矩 。 在抗震結(jié)構(gòu)中，剪力墻也稱為抗震墻。 一般用于住宅、旅館等開間要求較小的建筑，適用高度為 15～ 50層，應(yīng)用最多的是 10~30層。 框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 在框架結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位增設(shè)一定數(shù)量的鋼筋混凝土剪力墻，形成的 框架和剪力墻結(jié)合在一起共同承受豎向和水平力的體系叫做框架 剪力墻體系，簡稱框 剪體系。剪力墻可以是單片墻體，也可以是電梯井、樓梯井、管道井組成的封閉式井筒。 框架 剪力墻體系的側(cè)向剛度比框架結(jié)構(gòu)大， 大部分水平力由剪力墻承擔(dān) ，而框架主要承受豎向荷載，因而用于高層房屋比框架結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟合理；同時由于它只在部份位置上有 剪 力墻，保持了框架結(jié)構(gòu)易于分割空間、立面易于變化等優(yōu)點；此外，這種體系的抗側(cè)剛度大、抗震性能也較好。 框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是剪力墻的數(shù)量和布置。 當(dāng)建筑師給結(jié)構(gòu)布置以靈活度時，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)優(yōu)化剪力墻的布置，剪力墻的數(shù)量不必太多，以滿足規(guī)范的側(cè)移限制為好。剪力墻太多不僅加大地震力，而且使結(jié)構(gòu)重量加大，施工工程量相應(yīng)增加等。 在平面設(shè)計上，剪力墻布置應(yīng)均勻，否則會造成較大偏心（剛心與質(zhì)心距離較大，將引起結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。 框 剪體系廣泛應(yīng)用于多層及高層辦公樓、旅館等建筑中。適用高度為 10～ 40層。 筒體體系 由筒體為主組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)體系。筒體結(jié)構(gòu)體系主要有核心筒結(jié)構(gòu)和框筒結(jié)構(gòu)。 筒體是由若干片剪力墻圍合而成的封閉井筒式結(jié)構(gòu)，其受力與一個固定于基礎(chǔ)上的筒形懸臂構(gòu)件相似。 核心筒一般由布置在電梯井、樓梯間、管道井等四周的鋼筋混凝土墻組成。為底端固定、頂端自由、豎向放置的薄壁筒狀結(jié)構(gòu)，其水平截面為單孔或多孔截面，如圖 142所示。它既可以承受豎向荷載，又可承受任意方向上的側(cè)向力作用，是一個空間結(jié)構(gòu)。因筒壁上僅開有少量洞口，故也稱為實腹筒。 核心筒的側(cè)向剛度與筒壁厚度和筒的平面尺寸有關(guān)。 框筒是由布置在房屋四周的密集立柱與高跨比很大的窗及梁所組成的多孔筒體，見圖 143，有時也稱為空腹筒。 框筒結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下，不但與側(cè)向力平行的兩榀平面框架受力，而且與側(cè)向力相垂直的兩榀框架也參加工作，通過角柱的連接形成一個空間受力體系。 筒體結(jié)構(gòu)體系的主要形式有框筒結(jié)構(gòu)、核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架 核心筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)和多重筒結(jié)構(gòu)等。 筒體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，整體性好；建筑布置靈活。特別適用于 30層以上或 100米以上的超高層辦公樓建筑。 高層建筑的水平結(jié)構(gòu)體系 水平結(jié)構(gòu)是指樓蓋及屋蓋結(jié)構(gòu)。 水平結(jié)構(gòu)的作用： 承受作用在樓面或屋面上的豎向荷載； 連接各個豎向承重構(gòu)件，并把作用在整個結(jié)構(gòu)上的水平力傳遞或分配給各個豎向承重構(gòu)件； 當(dāng)各榀框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不等時，或當(dāng)建筑物發(fā)生整體扭轉(zhuǎn)時，樓蓋結(jié)構(gòu)中樓板平面內(nèi)的剪力和軸力，實現(xiàn)各榀框架、剪力墻結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)、共同工作。 是豎向承重結(jié)構(gòu)的支承。 對樓蓋結(jié)構(gòu)的要求： 采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu) ，以達(dá)到結(jié)構(gòu)的整體性好、樓蓋平面內(nèi) 高度大的目的，符合樓蓋結(jié)構(gòu) 在其自身平面內(nèi)剛度為無限大的 假定 。 樓蓋結(jié)構(gòu)選型應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)高度小、重量輕。 要考慮到建筑使用要求、裝潢要求、設(shè)備布置要求和施工 技術(shù)要求等。 高層建筑結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)型式 懸掛式結(jié)構(gòu) 懸掛式結(jié)構(gòu)是以核心筒、鋼架、拱等作為豎向承重結(jié)構(gòu)，全部樓面均通過鋼絲束、吊束牢掛在上述承重結(jié)構(gòu)上而形成的一種新型結(jié)構(gòu)體系，如圖 144。這里，鋼絲束受拉，核心筒或拱受壓，充分發(fā)揮混凝土與高強鋼絲的強度。 特點：自重輕、用鋼量少、有效使用面積大；在底層形成開放的自由空間，易于滿足城市規(guī)劃的要求；占地面積小，減少新建筑物對鄰近老建筑物的影響。 巨型框架結(jié)構(gòu) 巨型框架結(jié)構(gòu)是將位于設(shè)備層上的大梁或大型桁架作為水平構(gòu)件、將布置在建筑物四周的大型柱子或鋼筋混凝土井筒作為柱子，與位于建筑物中間的核心筒組成整體，形成具有強大側(cè)向剛度的巨型的框架結(jié)構(gòu)。 巨型框架結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)框架按建筑樓層和建筑開間布置結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的做法，把結(jié)構(gòu)按二級受力體系進行布置。第一級即巨型框架，作為主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并把荷載傳至基礎(chǔ)；第二級為在巨型框架的水平構(gòu)件之間、由普通的樓層構(gòu)件所 組成的普通框架，以形成若干層建筑使用空間，普通框架上的豎向荷載或水平作用力則全部傳遞給巨型框架。如圖 145。 豎向桁架結(jié)構(gòu) 桁架結(jié)構(gòu)具有很大的剛度，能夠充分利用材料強度。 若采用若干個建筑層高作為桁架的節(jié)間距，以若干個建筑開間作為桁架的弦桿間距，則所形成的巨型桁架可作為高層建筑的承重結(jié)構(gòu)，同時承受豎向荷載和水平力。如圖 146。 核心筒加復(fù)合巨型柱結(jié)構(gòu) 如圖 147所示。 高層建筑結(jié)構(gòu)布置的一般原則 結(jié)構(gòu)總體布置原則 （ 1）采用對抗震有利的建筑平面和立面、對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置，即采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。 （ 2）具有明確的計算簡圖，能夠采用明確的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型進行結(jié)構(gòu)地震反映分析，得到符合實際的結(jié)果。 （ 3）具有合理的、直接的傳力途徑。作用在上部結(jié)構(gòu)的豎向力和水平力，應(yīng)能通過直接的、不間斷的傳力路徑傳遞到基礎(chǔ)、地基。 （ 4）具有整體牢固性和盡量多的冗余度。結(jié)構(gòu)的整體牢固性和冗余度是結(jié)構(gòu)抗倒塌所必須的。部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件嚴(yán)重破壞甚至局部倒塌時，不應(yīng)導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力而出現(xiàn)大范圍的連續(xù)倒塌。 （ 5）構(gòu)件與構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間，或是牢固連接，或是完全分離，避免似連接非連接、似分離非分離的不確定狀態(tài)。 （ 6）設(shè)置多道抗震防線。適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)單元承載能力的強弱關(guān)系和結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的強弱關(guān)系，形成兩道或更多道抗震防線，是增強結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的重要措施。 高層建筑的結(jié)構(gòu)平面布置 高層建筑平面外形宜簡單、規(guī)則、對稱。結(jié)構(gòu)布置宜對稱、均勻，并盡量使結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心、建筑平面形心、建筑物質(zhì)量中心三者重合，以減小扭轉(zhuǎn)的影響。 如圖 148 所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)平面上有局部凸出區(qū)段時，突出部分的長度不宜過長，圖中尺寸宜滿足表 144的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)平面局部凸出部分的尺寸 且 、質(zhì)量與剛度平面基本均勻?qū)ΨQ時，可認(rèn)為屬于平面布局規(guī)則的結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)按平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行抗震分析。 1/ ?bl ?Bl 表 144 、 的限值 L l設(shè)防烈度 L/B 6度和 7度 8度和 9度 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ max/ Bl bl/在結(jié)構(gòu)平面的凹角處（見圖 148中用虛線圈處處）容易造成應(yīng)力集中，宜采取加強措施。 在結(jié)構(gòu)單元兩端或凹角部位應(yīng)盡量避免設(shè)置樓梯間或電梯間。如果必須設(shè)置，一般應(yīng)用鋼筋混凝土墻將其圍起來形成核心井筒，并對